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L'encre conductrice à l'argent est la bête de somme silencieuse derrière une gamme croissante de produits : antennes RFID, commutateurs à membrane, circuits flexibles, capteurs médicaux, écrans tactiles et jeux de barres photovoltaïques. Quelle que soit l’application, l’encre doit faire trois choses à la fois : imprimer proprement, durcir pour former un film hautement conducteur et rester stable en rayon pendant des mois. Cette combinaison est plus difficile à réaliser qu’il n’y paraît, et la plus grande partie de la difficulté réside dans l’ensemble des additifs plutôt que dans l’argent lui-même.
Ldet Energy Technology développe des liquides ioniques et des additifs fonctionnels depuis 2009. Cet article partage ce que nous avons appris sur les domaines dans lesquels les liquides ioniques aident réellement les formulateurs d'encre argentée, là où ils ne le font pas, et comment les filtrer rapidement dans le cadre d'un programme de développement.
Qu’est-ce qui rend l’encre conductrice à l’argent si exigeante ?
Une encre argentée sérigraphiable typique contient 60 à 85 pour cent d’argent en poids, généralement sous forme de flocons, de sphères ou d’un mélange des deux. Tout le reste est le système de support : solvant, liant polymère, dispersant et de petites quantités de modificateurs de rhéologie, de promoteurs d'adhérence et d'agents de durcissement. L'argent est dense et, à cette charge, les particules veulent se déposer, se regrouper et se regrouper en agglomérats qui obstruent les mailles et créent des voies résistives.
Ensuite il y a le budget thermique. L'argent en vrac fond à près de 961 °C et les flocons à l'échelle micrométrique ont besoin de bien plus de 150 °C pour former des cols conducteurs. La plupart des substrats qui intéressent le plus les gens – PET, polyimide, papier, polyuréthane thermoplastique – ne peuvent pas tolérer ce type de chaleur pendant longtemps. Il est donc demandé au formulateur de fournir une conductivité comparable à celle de la masse à des températures auxquelles le substrat peut réellement survivre.
Trois problèmes qui déterminent si une encre argentée fonctionne
Dispersion et durée de conservation
L'agglomération commence au moment où l'argent rencontre le véhicule. Un bon dispersant s'adsorbe sur la surface métallique, fournit une répulsion stérique ou électrostatique et empêche la viscosité de dériver vers le haut pendant le stockage. Lorsque la dispersion est mauvaise, vous la remarquez d'abord sous forme de sédiments et de colmatage de l'écran, puis sous forme de zones résistives dans le film durci.
Frittage à basse température
La conductivité n'apparaît que lorsque les particules voisines forment des ponts métalliques. Tout ce qui réduit le début du frittage effectif – sans laisser de résidus isolants – est précieux. C’est là que les additifs ioniques soigneusement choisis trouvent leur place dans une formulation.
Adhérence et compatibilité des supports
Un film conducteur qui se décolle lors du test du ruban ou lors de flexions répétées est un film défectueux. L'adhésion dépend de l'adéquation de l'énergie de surface entre l'encre et le substrat, ainsi que du comportement du liant et des additifs pendant le séchage du film.
Où les liquides ioniques changent l’équation
Les liquides ioniques sont des sels qui restent liquides en dessous de 100 °C. Ils ont une pression de vapeur négligeable, une stabilité thermique élevée et une structure qui peut être ajustée presque molécule par molécule. Pour les révélateurs d'encre à l'argent, trois rôles pratiques se démarquent : des agents de dispersion qui recouvrent la surface de l'argent et maintiennent les particules séparées, des agents de frittage qui favorisent la striction inter-particules à des températures plus basses et des modificateurs de mouillage ou de conductivité qui ajustent le comportement du film imprimé.
Si la chimie elle-même est nouvelle pour vous, notre aperçu de que sont les liquides ioniques et comment ils fonctionnent est un point de départ utile avant de commencer à sélectionner les candidats.
Fabricants de liquides ioniques personnalisés Bromure de 1-éthyl-3-méthylimidazolium Voir le produit → Lire le cation et l'anion comme un formulateur
Presque toutes les propriétés d'un liquide ionique importantes pour une encre (viscosité, hydrophilie, stabilité thermique, fenêtre électrochimique) proviennent de l'appariement d'un cation avec un anion. Changer l’un ou l’autre remodèle l’ensemble de l’additif. En pratique, les familles de cations les plus souvent évaluées dans les formulations conductrices comprennent :
- Sels d'imidazolium, y compris les types mono-, di- et tri-substitués, appréciés pour leur stabilité thermique et leur polarité accordable
- Sels de pyridinium et de pyrrolidinium à forte stabilité électrochimique
- Sels de pipéridinium et d'ammonium quaternaire à faible viscosité et activité de surface utile
- Sels de phosphonium quaternaire pour les traitements exigeants à haute température
- Cations fonctionnalisés hydroxyle et éther pour le contrôle du mouillage et de l'adhésion
Du côté des anions, les anions à base d'halogénures, de tétrafluoroborate, d'hexafluorophosphate, de triflate et d'imide couvrent la plupart de la plage de polarité et de stabilité dont une encre argentée a besoin. Lorsqu’une formulation exige une viscosité, un profil de durcissement ou une sensibilité à l’humidité spécifiques, un cation fonctionnalisé – contenant de l’hydroxyle, par exemple – est souvent le moyen le plus rapide d’obtenir un meilleur mouillage et une meilleure adhérence sur les substrats plastiques.
Fabricants de liquides hydroxyles ioniques Tétrafluoroborate de 1-hydroxyéthyl-3-méthylimidazole Voir le produit → Benchmarks de performances à suivre pendant le développement
Le dépistage additif devient beaucoup plus rapide lorsque vous fixez le plan de mesure avant le premier essai. Le tableau ci-dessous reflète les paramètres que notre équipe d'application vérifie avec les clients lors des premiers travaux de formulation.
| Paramètre | Pourquoi c'est important | Contrôle typique |
|---|---|---|
| Rhéologie et dérive de viscosité | Détermine la définition d'impression et la durée de vie en pot | Rhéométrie rotationnelle ou cône-plan sur 7 jours |
| Début du frittage | Définit la température minimale de durcissement | Résistance en fonction de la rampe de température |
| Résistance de la feuille | Mesure directe des performances conductrices | Sonde à quatre points après durcissement |
| Adhésion | Prédit la manipulation et la durabilité de la flexion | Test de bande et test de pliage |
| Sédimentation | Indique la qualité de la dispersion et la durée de conservation | Test visuel de décantation et de redispersion |
| Résidu et pureté | Empêche les restes isolants ou corrosifs | Analyse thermique et teneur en halogénures |
Rhéologie et imprimabilité : un juste milieu négligé
Les encres argentées sont des fluides fluidifiants, et les imprimeurs dépendent de ce comportement : faible viscosité sous la raclette ou la buse, récupération rapide d'un film structuré immédiatement après. Les additifs qui interfèrent avec le réseau de liant peuvent ruiner la définition des bords. Les additifs polymères et oligomères ont tendance à être plus doux ici, car leur volume moléculaire plus élevé vous permet d'ajuster le débit sans changer brusquement la polarité du liquide.
Notre gamme de liquides ioniques polymères a été développée exactement pour cette raison : fournir aux formulateurs des modificateurs de rhéologie réglables qui contribuent également à la stabilité thermique et à une activité de surface durable au lieu de migrer hors du film au fil du temps.
Fabricants de liquides ioniques polymères Sel de poly(1-vinyl-3-méthylimidazolium bis(trifluorométhylsulfonyl)imide) Voir le produit → Du lot de laboratoire au lot de production
Un additif qui fonctionne parfaitement dans un échantillon de laboratoire de 50 grammes est inutile si le dixième lot de production se comporte différemment. C'est pourquoi nous gardons notre discipline de processus simple : des itinéraires de synthèse fixes, une purification contrôlée et une documentation complète des lots depuis notre base de production à Deqing, Zhejiang.
Étant donné que les liquides ioniques sont assemblés à partir de cations et d’anions, la synthèse personnalisée est normale plutôt qu’exceptionnelle. Dites-nous la viscosité, la solubilité et le comportement de durcissement dont vous avez besoin, et nous vous proposerons des structures adaptées au reste de votre formulation au lieu de vous demander de reformuler autour de la nôtre.
Contrôle statique dans la conversion et la manipulation
Les encres conductrices et statiques se mélangent rarement bien en production. Le séchage, le déroulement et le refendage génèrent une charge qui attire la poussière, déplace l'enregistrement et peut endommager les composants sensibles en aval. Lorsque les couches d'argent imprimées font partie d'un processus de conversion plus large, notre gamme de agents antistatiques pour les polymères, les films et les adhésifs est souvent spécifié en même temps que l'encre elle-même afin de maintenir la résistivité de la surface dans une plage contrôlée.
Parlons de votre projet Silver Ink
Que vous souhaitiez réduire la température de durcissement d'une encre compatible PET, rechercher une meilleure adhérence sur le polyimide ou essayer de prolonger la durée de conservation au-delà de six mois, le bon additif est généralement une structure spécifique plutôt que générique. Notre équipe examinera votre système, recommandera des liquides ioniques candidats de notre catalogue ou concevra une structure personnalisée et fournira des échantillons pour vos propres essais.
Envoyez-nous vos spécifications et nous vous dirons honnêtement si les liquides ioniques sont le bon outil pour le problème que vous rencontrez.
